SMD LED LTST-010KRKT Datenblatt - AlInGaP Rot - 20mA - 2,0V typ. - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument enthält die vollständigen technischen Spezifikationen für eine oberflächenmontierbare (SMD) Leuchtdiode (LED). Das Bauteil ist für automatisierte Leiterplattenbestückungsprozesse (PCB) konzipiert und eignet sich somit für die Serienfertigung. Seine kompakte Bauform adressiert die Anforderungen platzbeschränkter Anwendungen, wie sie in modernen tragbaren und kompakten Elektronikgeräten üblich sind.

Die LED nutzt einen Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP) Halbleiterwerkstoff zur Erzeugung von rotem Licht. Diese Materialtechnologie ist für ihre hohe Effizienz und gute Leistung im roten bis bernsteinfarbenen Spektralbereich bekannt. Das Bauteil ist in einem wasserklaren Linsengehäuse verkapselt, das typischerweise einen größeren Betrachtungswinkel bietet als diffundierte oder eingefärbte Linsen, da das Licht nicht durch Pigmente im Epoxidharz gestreut wird.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die primären Vorteile dieser SMD-LED ergeben sich aus ihrem Gehäusedesign und ihrer Fertigungskompatibilität. Sie entspricht den standardisierten EIA-Gehäuseabmessungen und gewährleistet so die mechanische Kompatibilität mit industriestandard Bestückungsautomaten und Zuführsystemen. Das Bauteil ist vollständig mit Infrarot (IR) Reflow-Lötprozessen kompatibel, der vorherrschenden Methode zur Montage von SMD-Bauteilen. Diese Kompatibilität ist entscheidend für zuverlässige, hochfeste Lötstellen in automatisierten Fertigungslinien.

Ihr Anwendungsbereich ist breit gefächert und zielt auf Konsum-, Kommunikations- und Industrie-Elektronik ab. Zu den wichtigsten Zielmärkten gehören Statusanzeigen und Hintergrundbeleuchtungen für Frontpanels in Geräten wie Mobiltelefonen, Notebooks, Netzwerkgeräten und verschiedenen Haushaltsgeräten. Sie eignet sich auch für Innenwerbeanwendungen, bei denen zuverlässige, energieeffiziente Beleuchtung erforderlich ist.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Ein gründliches Verständnis der elektrischen und optischen Parameter ist für eine korrekte Schaltungsauslegung und Leistungsprognose unerlässlich.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Sie sind nicht für den Normalbetrieb vorgesehen.

• Verlustleistung (Pd):72 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das Bauteil als Wärme abführen kann, ohne seine maximale Sperrschichttemperatur zu überschreiten. Eine Überschreitung dieses Limits birgt das Risiko eines thermischen Durchgehens und Ausfalls.
• DC-Durchlassstrom (IF):30 mA. Der maximal zulässige kontinuierliche Durchlassstrom.
• Spitzen-Durchlassstrom:80 mA, jedoch nur unter gepulsten Bedingungen (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Impulsbreite). Dies ermöglicht kurze Phasen höherer Helligkeit, z.B. bei blinkenden Anzeigen, ohne Überhitzung.
• Sperrspannung (VR):5 V. LEDs sind nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt. Das Überschreiten dieser Spannung kann aufgrund von Lawinendurchbruch zu sofortigem und katastrophalem Ausfall führen.
• Betriebs- & Lagertemperatur:-40°C bis +85°C (Betrieb), -40°C bis +100°C (Lagerung). Diese Bereiche gewährleisten zuverlässige Leistung in rauen Umgebungen.

2.2 Elektrische & Optische Kenngrößen (typisch bei 25°C)

Diese Parameter werden unter Standardtestbedingungen gemessen und repräsentieren die typische Leistung.

• Lichtstärke (Iv):Gemessen bei einem Durchlassstrom (IF) von 20 mA. Der Wert wird in Millicandela (mcd) angegeben. Die Lichtstärke wird mit einer Sensor- und Filterkombination gemessen, die der photopischen (menschlichen Augen) Empfindlichkeitskurve (CIE-Standard) entspricht.
• Durchlassspannung (VF):Typischerweise 2,0 V, maximal 2,4 V bei 20 mA. Dieser Parameter hat eine Toleranz von ±0,1 V. Er ist entscheidend für die Berechnung des Vorwiderstandswerts. Ein niedrigerer VF deutet im Allgemeinen auf einen höheren elektrischen Wirkungsgrad hin.
• Abstrahlwinkel (2θ½):110 Grad. Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte des auf der Achse (0 Grad) gemessenen Werts abfällt. Ein 110-Grad-Winkel deutet auf ein relativ breites Strahlprofil hin, das für Anzeigen geeignet ist, die aus verschiedenen Blickwinkeln sichtbar sein müssen.
• Spitzenwellenlänge (λP):639 nm. Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsabgabe am größten ist.
• Dominante Wellenlänge (λD):631 nm. Dies ist die einzelne Wellenlänge, die vom menschlichen Auge wahrgenommen wird und der Farbe des LED-Lichts entspricht. Sie ist der relevantere Parameter für die Farbangabe.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):20 nm. Dies gibt die spektrale Reinheit oder Bandbreite des emittierten Lichts an. Ein kleinerer Wert bedeutet eine monochromatischere (reinfarbigere) Ausgabe.
• Sperrstrom (IR):Maximal 10 μA bei VR=5V. Dies ist eine Leckstromangabe ausschließlich für die Sperrspannungs-Testbedingung.

3. Binning-System

Um Produktionsschwankungen zu handhaben, werden LEDs nach Leistungsklassen sortiert. Dies gewährleistet Konsistenz innerhalb einer bestimmten Bestellung. Das Datenblatt definiert Klassen basierend auf der Lichtstärke bei 20 mA.

Die Lichtstärkeklassen für die rote LED sind wie folgt:

• R1:112,0 mcd (Min) bis 140,0 mcd (Max)
• R2:140,0 mcd bis 180,0 mcd
• S1:180,0 mcd bis 224,0 mcd
• S2:224,0 mcd bis 280,0 mcd

Auf jede Klasse wird eine Toleranz von ±11 % angewendet. Das bedeutet, eine als Klasse S1 gekennzeichnete LED könnte eine tatsächliche Lichtstärke zwischen etwa 160 mcd und 248 mcd aufweisen. Entwickler müssen diese Schwankung berücksichtigen, insbesondere wenn mehrere LEDs zusammen verwendet werden und eine gleichmäßige Helligkeit gewünscht ist. Die Verwendung einer Konstantstromquelle oder individueller Vorwiderstände für jede LED (wie im Abschnitt Ansteuerungsmethode empfohlen) ist entscheidend, um Helligkeitsunterschiede zu minimieren, die durch die Durchlassspannungs (VF)-Streuung verursacht werden, die unabhängig von der Lichtstärkeklasse ist.

4. Mechanische und Gehäuseinformationen

Die physikalischen Abmessungen des Bauteils sind für das PCB-Layout (Footprint-Design) entscheidend. Das Datenblatt enthält eine detaillierte Gehäusezeichnung mit allen kritischen Maßen. Wichtige Erkenntnisse umfassen:

• Das Gehäuse entspricht einer standardisierten SMD-Abmessung.
• Alle Maße sind in Millimetern angegeben.
• Es gilt eine Standardtoleranz von ±0,1 mm, sofern nicht anders angegeben.
• Die Zeichnung zeigt deutlich die Kathodenkennzeichnung (typischerweise eine Kerbe, eine grüne Markierung oder ein anderes visuelles Merkmal am Gehäuse). Die korrekte Polungsausrichtung während der Bestückung ist zwingend erforderlich.

4.1 Empfohlene PCB-Lötfläche

Das Datenblatt enthält ein Diagramm für das empfohlene Lötflächenlayout auf der Leiterplatte. Die Einhaltung dieses Layouts ist für eine zuverlässige Lötstellenbildung während des Reflow-Prozesses unerlässlich. Das Lötflächen-Design berücksichtigt Faktoren wie die Ausbildung des Lötfilets, die Selbstausrichtung des Bauteils während des Reflow und die Vermeidung von Lötbrücken oder "Tombstoning".

5. Löt-, Bestückungs- und Handhabungsrichtlinien

Eine sachgemäße Handhabung und Bestückung sind für die Zuverlässigkeit von entscheidender Bedeutung.

5.1 IR-Reflow-Lötprofil

Das Datenblatt enthält ein empfohlenes Reflow-Profil, das mit J-STD-020B für bleifreie Lötprozesse konform ist. Wichtige Parameter umfassen:

• Vorwärmen:Temperaturbereich und Zeit zum schrittweisen Erwärmen der Platine und Aktivieren des Flussmittels.
• Spitzentemperatur:Maximal 260°C. Die Bauteiltemperatur darf diesen Wert nicht überschreiten.
• Zeit oberhalb Liquidus (TAL):Die Zeit, in der das Lot geschmolzen ist, entscheidend für die Lötstellenbildung.
• Rampenraten:Kontrollierte Aufheiz- und Abkühlraten zur Vermeidung von thermischem Schock.

Das Profil ist eine Richtlinie; das endgültige Profil muss für die spezifische PCB-Bestückung charakterisiert werden, unter Berücksichtigung von Platinendicke, Bauteildichte und verwendeter Lötpaste.

5.2 Lagerung und Feuchtigkeitsempfindlichkeit

Die LEDs sind feuchtigkeitsempfindlich. Wenn der versiegelte Feuchtigkeitsschutzbeutel geöffnet wird, sind die Bauteile der Umgebungsfeuchtigkeit ausgesetzt.

• Floor Life:Es wird empfohlen, den IR-Reflow innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) nach dem Öffnen des Originalbeutels abzuschließen.
• Längere Lagerung:Wenn die Bauteile nicht innerhalb von 168 Stunden verwendet werden, sollten sie vor dem Löten in einem verschlossenen Behälter mit Trockenmittel gelagert oder getrocknet (z.B. 60°C für 48 Stunden) werden, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und "Popcorning" während des Reflow zu verhindern.

5.3 Reinigung

Wenn nach dem Löten eine Reinigung erforderlich ist, sollten nur spezifizierte Lösungsmittel verwendet werden. Das Datenblatt empfiehlt alkoholbasierte Reiniger wie Isopropanol (IPA) oder Ethanol. Das Eintauchen sollte bei Raumtemperatur und für weniger als eine Minute erfolgen, um eine Beschädigung des Epoxidharzgehäuses zu vermeiden.

5.4 Ansteuerungsmethode

LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Ihre Lichtausgabe ist proportional zum Durchlassstrom, nicht zur Spannung. Das Datenblatt empfiehlt dringend, für jede LED einen Vorwiderstand in Reihe zu schalten, wenn mehrere LEDs parallel geschaltet werden (Schaltungsmodell A). Dies liegt daran, dass die Durchlassspannung (VF) von LED zu LED variieren kann, selbst innerhalb derselben Klasse. Ein direktes Parallelschalten ohne individuelle Widerstände kann zu erheblichen Stromungleichgewichten führen, was zu ungleichmäßiger Helligkeit und potenzieller Überlastung der LED mit der niedrigsten VF führt. Die Verwendung eines Widerstands für jede LED hilft, den Strom auszugleichen und schützt die Bauteile.

6. Verpackung und Bestellung

Die Bauteile werden im Tape-and-Reel-Format geliefert, das für automatisierte Bestückungsgeräte geeignet ist.

• Rollen-Durchmesser:7-Zoll-Rolle.
• Bandbreite:12 mm.
• Stückzahl pro Rolle:4000 Stück.
• Mindestbestellmenge:500 Stück für Restmengen.
• Die Verpackung entspricht den ANSI/EIA-481-Spezifikationen.

Detaillierte Abmessungen für das Trägerband, das Deckband und die Rolle sind angegeben, um die Kompatibilität mit den Zuführsystemen der Bestückungsautomaten sicherzustellen.

7. Anwendungshinweise und Designüberlegungen

7.1 Thermomanagement

Obwohl die Verlustleistung relativ gering ist (max. 72 mW), ist ein angemessenes thermisches Design dennoch wichtig für die Lebensdauer, insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen oder bei Betrieb nahe dem Maximalstrom. Das PCB-Layout sollte eine ausreichende Kupferfläche um die LED-Lötflächen vorsehen, die als Kühlkörper wirkt und Wärme von der Sperrschicht ableitet.

7.2 Stromfestlegung und Widerstandsberechnung

Um die LED mit einem gewünschten Strom (z.B. 20 mA für Nennhelligkeit) zu betreiben, wird ein Vorwiderstand (R) nach dem Ohmschen Gesetz berechnet: R = (V_Versorgung - VF_LED) / I_gewünscht. Die Verwendung des maximalen VF (2,4V) in der Berechnung stellt sicher, dass der Strom selbst bei ungünstigster Bauteilabweichung den gewünschten Wert nicht überschreitet. Beispiel: Bei einer 5V-Versorgung und einem gewünschten Strom von 20mA: R = (5V - 2,4V) / 0,02A = 130 Ohm. Der nächstgelegene Standardwert (z.B. 120 oder 150 Ohm) würde ausgewählt, wobei der resultierende Strom und die Belastbarkeit des Widerstands (P = I²R) zu berücksichtigen sind.

7.3 Anwendungszuverlässigkeit

Das Datenblatt enthält einen Hinweis bezüglich Anwendungen, die eine außergewöhnliche Zuverlässigkeit erfordern, wie in der Luftfahrt, Medizintechnik oder sicherheitskritischen Systemen. Für diese Anwendungen wird dringend zu zusätzlicher Qualifizierung, Derating und Konsultation mit dem Bauteilhersteller geraten. Das Standardprodukt ist für allgemeine Konsum- und Industrie-Elektronik vorgesehen.

8. Technischer Vergleich und Trends

Diese AlInGaP rote LED repräsentiert eine ausgereifte und zuverlässige Technologie. Im Vergleich zu älteren Technologien wie Galliumarsenidphosphid (GaAsP) bietet AlInGaP eine deutlich höhere Lichtausbeute und bessere Leistung bei erhöhten Temperaturen. Ihre dominante Wellenlänge von 631 nm platziert sie in einem Standard-Rotbereich.

Im breiteren LED-Markt setzen sich Trends zu höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt), kleineren Gehäuseabmessungen und höheren maximalen Betriebsströmen für gesteigerte Helligkeit fort. Es gibt auch eine Entwicklung hin zu engeren Binning-Toleranzen für Farbe und Lichtstärke, um den Anforderungen von Anwendungen wie Vollfarbdisplays und Architekturbeleuchtung gerecht zu werden, bei denen Farbkonstanz von größter Bedeutung ist. Während dieses spezifische Bauteil eine einfarbige, diskrete Anzeige-LED ist, teilt es die grundlegenden Verpackungs- und Bestückungsprinzipien mit fortschrittlicheren LED-Produkten, einschließlich Leistungs-LEDs und integrierten LED-Modulen.